电势与电势能教案文档格式.docx
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为电荷初末位置A→B间电势差,注意下标的使用)
(3)由电场力做功和电势能的变化的关系:
分别是电荷电场中A、B两点的电势能)
(4)由动能定理:
二、电势能
1.电势能:
电荷在电场中由其相对位置决定的能(类似重力势能)
2.电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移到零电势能点(通常选大地或无限远处)过程中电场力做的功。
EPA=WA→∞
电场力做正功,电势能减少;
电场力做负功,电势能增加;
电场力不做功,电势能不变。
三、电势
1.定义:
EPA为试探电荷在该点A的电势能,q为电荷量,可以带符号运算。
2.单位:
伏特V,1V=1J/C 3.电势是标量,有正负,但没有方向。
规定大地或无限远电势为零。
4.物理意义:
描述电场能的特性,由场源电荷量和相对位置来决定,与是否放试探电荷无关。
5.电势高低判断的三种方法
(1)根据公式计算:
,带符号代入运算。
(2)沿着电场线的方向电势是降低的,逆着电场线方向电势是升高的。
四、电势差
1.定义:
,与零电势点的选取无关。
2.与电场力做功的关系:
(任何电场成立,可带符号运算)
3.在匀强电场中电势差与电场强度的关系:
(1)电场强度等于沿电场线单位距离上的电势差
(2)公式E=U/d,U是指两点间的电势差,d是指这两点间沿电场线方向的距离,或者相邻等势面间的距离,因此电场强度是电势降落最快的方向。
(3)U=Ed只适用匀强电场的计算,对非匀强场可以用来定性分析,如非匀强电场中各相邻的等势面的电势差一定时,E越大处,d越小,即等势面而越密集。
(4)匀强电场中相互平行的方向上相等的距离上电势降落相等。
五、等势面
1、定义:
电场中电势相等的点构成的面叫等势面。
2、等势面与电场线的关系
(1)电场线总是与等势面垂直,且从高等势面指向低等势面。
(2)电场线越密的地方,等势面也越密集,场强也越大
(3)沿等势面移动电荷,电场力不做功,沿电场线移动电荷,正电荷电场力做正功,负电荷电场力做负功。
(4)电场线和等势面都是人们虚拟出来形象描述电场的工具
(5)实际中测量等电势点较容易,所以往往通过描绘等势线来确定电场线。
课后练习:
1.静电力做功的特点:
不论q在电场中由什么路径从A点移动到B点,静电力做的功都是的.静电力做的功与电荷的位置和位置有关,与电荷经过的路径.
2.电势能:
电荷在中具有的势能叫做电势能,用字母表示,单位.电势能是相对的与重力势能相似,与参考位置的选取有关.
3.静电力做功与电势能的关系
(1)静电力做的功电势能改变量的多少,公式WAB=.
(2)电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移动到位置时所做的功.
4.电势:
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的,叫做这一点的电势,用φ表示,定义式:
φ=,在国际单位制中,电势的单位是伏特(V),1V=1J/C;
电势是标量,只有大小,没有方向.
5.电场线与电势:
电场线指向电势的方向.
6.等势面:
电场中电势的各点构成的面叫做等势面.电场线跟等势面.
7、在静电场中,下列说法正确的是()
A.电场强度处处为零的区域内,电势也一定处处为零
B.电场强度处处相同的区域内,电势也一定处处相同
C.电场强度的方向总是跟等势面垂直的
D.沿着电场强度的方向,电势总是不断降低的
8.关于电场线和等势面,正确的说法是()
A.电场中电势越高的地方,等势面越密B.电场中场强越大的地方,电场线越密
C.没有电场线的地方,场强为零D.电场线和等势面一定垂直
9.某带电粒子仅在电场力作用下由A点运动到B点,电场线、粒子在A点的初速度及运动轨迹如图所示,可以判定()
A.粒子在A点的加速度大于它在B点的加速度
B.粒子在A点的动能小于它在B点的动能
C.粒子在A点的电势能小于它在B点的电势能
D.A点的电势高于B点的电势
10.如图所示,Q是带正电的点电荷,P1和P2为其电场中的两点,若E1、E2为P1、P2两点的电场强度的大小,φ1、φ2为P1、P2两点的电势,则()
A.E1>
E2,φ1>
φ2B.E1>
E2,φ1<
φ2
C.E1<
φ2D.E1<
φ2
11.如图所示,实线为电场线,虚线为等势线,且相邻两等势线的电势差相等,一个正电荷在等势线φ3上时具有动能20J,它运动到等势线φ1上时,速度恰好为零,令φ2=0,那么该电荷的电势能为4J时,其动能为()
A.16JB.10JC.6JD.4J
12.在图中,A、B两个等量正电荷位置固定,一个电子(重力忽略)沿A、B中垂线自无穷远处向A、B连线的中点O飞来,则电子在此过程中()
A.加速度不断增大,电势能减小
B.加速度先增加后减小,电势能减小
C.加速度不断减小,速度不断增大
D.加速度先减小后增大,速度不断增大
13.图中实线表示电场中的三个等势面,各等势面的电势值如图中所示。
把一个负电荷沿A→B→C移动,电荷在这三点所受的电场力为FA、FB、FC,电场力在AB段和BC段做的功为WAB和WBC,那么()
A.FA=FB=FC,WAB=WBCB.FA<
FB<
FC,WAB>
WBC
C.FA>
FB>
FC,WAB<
WBCD.FA>
FC,WAB=WBC
14.如图所示,实线表示匀强电场的电场线,虚线表示一个带电粒子射入该电场后的运动轨迹,a、b是轨迹上的两个点。
不计重力.下列说法中正确的是
A.该带电粒子一定是从下向上通过该匀强电场的
B.该匀强电场的场强方向一定是从左向右
C.该带电粒子在a点的电势能一定大于在b点的电势能
D.该带电粒子在a点的动能一定大于在b点的动能
15.图中a、b是两个点电荷,它们的电量分别为Q1、Q2,MN是ab连线的中垂线,P是中垂线上的一点。
下列哪种情况能使P点场强方向指向MN的右侧?
A.Q1、Q2都是正电荷,且Q1<
Q2
B.Q1是正电荷,Q2是负电荷,且Q1>
|Q2|
C.Q1是负电荷,Q2是正电荷,且|Q1|<
Q2
D.Q1、Q2都是负电荷,且|Q1|>
16.一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图中虚线所示,电场方向竖直向下。
若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为
A.动能减小B.电势能增加
C.动能和电势能之和减小D.重力势能和电势能之和增加
17、如右图在点电荷Q产生的电场中,虚线表示等势面,实线表示α粒子(带正电)穿过电场时的
轨迹,A、B为轨迹与两等势面的交点,则下列说法正确的是
A.Q可能是正电荷,也可能是负电荷
B.电势φA>
φB,粒子动能EkA>
EkB
C.电势φA<
φB,粒子电势能EPA>
EPB
D.场强EA<
EB,粒子动能EkA>
18、在点电荷Q的电场中,一个电子通过时的轨迹如图实线所示,a、b为两个等势面,则下列判断中正确的是
A.Q为负电荷
B.运动中,电子总是克服电场力做功
C.电子经过两等势面的动能Eka>Ekb
D.电子在两等势面上的电势能Epa>Epb
19.一个带正电的质点,电量q=2.0×
10-9C,在静电场中,由a点移到b点,在这过程中,除电场力外,其他力做的功为6.0×
10-5J,质点的动能增加了8.0×
10-5J,求a、b两点间的电势差Uab为多少?
20.如图所示,竖直实线为电场线,质量为m,电量为-q的质点P从电场边缘A射入电场,并沿直线AB从B飞出,AB直线与电场线夹角为θ,A、B两点相距为d,则A、B两点的电势差为多少?
21.一长为L的细线,上端固定,下端拴一质量为m、带电荷量为q的小球,处于如图所示的水平向右的匀强电场中.开始时,将线与小球拉成水平,小球静止在A点,释放后小球由静止开始向下摆动,当细线转过60°
角时,小球到达B点且速度恰好为零.试求:
(1)AB两点的电势差UAB;
(2)匀强电场的场强大小;
(3)在A、B两处绳子拉力的大小。
22.如图所示,一根长L=1.5m的光滑绝缘细直杆MN,竖直固定在场强为E=1.0×
105N/C、与水平方向成θ=30°
角的倾斜向上的匀强电场中。
杆的下端M固定一个带电小球A,电荷量Q=+4.5×
10-6C;
另一带电小球B穿在杆上可自由滑动,电荷量q=+1.0×
10-6C,质量m=1.0×
10-2kg。
现将小球B从杆的上端N静止释放,小球B开始运动。
(静电力常量k=9.0×
109N·
m2/C2.取g=10m/s2)
(1)小球B开始运动时的加速度为多大?
(2)小球B的速度最大时,距M端的高度h1为多大?
(3)小球B从N端运动到距M端的高度h2=0.61m时,速度为v=1.0m/s,求此过程中小球B的电势能改变了多少?
1.C2.BC3.BD4.BD5.A6.C7.B薄8.D9.1×
104V
10.粒子运动方向与mg、Eq方向有夹角,仍做直线运动,所以Eq=mgUAB=
11.
(1)设电子进入平行金属板时的速度
,则有
由做类平抛运动
运动加速度
解得运动时间
金属板长l为
(2)由动能定理可得
12.
13.
(1)电场力与重力平衡时做匀速运动
第n+1滴做匀速直线运动
(2)液滴到达b板时速度为零就不能到达
第N+1滴不能到达
14.2×
103N/C;
0.3m。
15.
(2)
(3)
mg
16.解:
(1)
(3分)
(2)
(1分)
(2分)
(3)
(2分)
(1分)
所以
(1分)
(4)圆形,
(1分)
(1分)
17.解:
(1)开始运动时小球B受重力、库仑力、杆的弹力和电场力,沿杆方向运动,由牛顿第二定律得
①
解得
②
代入数据解得:
a=3.2m/s2③
(2)小球B速度最大时合力为零,即
④
⑤
代入数据解得h1=0.9m⑥
(3)小球B从开始运动到速度为v的过程中,设重力做功为W1,电场力做功为W2,库仑力做功为W3,根据动能定理有
⑦
W1=mg(L-h2)⑧
W2=-qE(L-h2)sinθ⑨
⑩
设小球的电势能改变了ΔEP,则
ΔEP=-(W2+W3)
ΔEP=8.2×
10-2J